一种泵用永磁同步电机转子初始位置定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种泵用永磁同步电机转子初始位置定位方法及装置，所述方法包括获取永磁同步电机在高频电压信号的注入下的高频电流信号；对所述高频电流信号进行第一次信号处理，获取第一高频电流信号；将所述转子位置观测误差输入预先构建的转子位置状态观测器，得到转子位置初步观测值，保持高频信号的持续注入，结合永磁同步电机定子饱和非线性特性，对高频电流进行作差、累加运算。通过累加值的正负来判断转子位置初步信息与转子实际位置偏差值是否为180

【技术实现步骤摘要】
一种泵用永磁同步电机转子初始位置定位方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种泵用永磁同步电机转子初始位置定位方法及装置，属于水泵、油泵、气泵等泵类负载电机驱动控制


技术介绍

[0002]相比于已经在泵类负载领域得到大规模应用的感应电机，永磁同步电机具有效率高、功率密度高、调速性能好等显著优势。得益于政府日益严格的节能减排要求，将永磁同步电机应用在水泵、油泵正成为行业趋势。工程机械车辆中涵盖液压油泵、刹车气泵、转向助力泵以及带有抢险救援排水功能的水泵，将永磁同步电机加以应用对于提高工程机械车辆的作业时间、工作效率等性能水平具有重要意义。
[0003]传统的感应电机由于先天结构的优势启动方法比较简单，不存在失步引发启动失败的问题。而对于同步电机来说，逆变驱动装置通过三相线束向永磁同步电机定子绕组通入大小和方向可控的电流矢量，定子绕组线圈会产生定子磁场，定子磁场与转子永磁体磁场若相对角度合理，则会相互作用产生电磁转矩，克服摩擦转矩后向外输出机械转矩，从而实现电机启动。
[0004]针对永磁同步电机在泵类场合的启动问题，当前较为先进的方案是启动前通过逆变驱动装置向定子绕组注入正弦波、方波等测试电压信号，通过对定子激励电流进行采样并结合电机本体特性解析出转子位置。正式启动后通过逆变驱动装置生成的电流矢量以当前转子位置为初始方向结合运行指令牵引转子运行，此方案性能较好但对电流采样精度要求较高。
[0005]针对永磁同步电机在泵类场合高可靠性转子定位问题，现有的技术方案是在主控芯片中软件生成正负幅值相等、占空比各为50％的对称高频方波电压信号，该信号通过SVPWM调制策略生成三相逆变器桥中功率器件的开关信号，通过三相线束将该高频方波电压施加到电机三相定子绕组。该高频方波电压会在电机定子激励出高频响应电流，由于电机当前转子位置的不同，高频响应电流的特征也会不同。主控芯片通过电流传感器采样得到高频响应电流采样值，然后通过高频响应电流的相位初步判断出转子位置，通过高频响应电流的正负对称性判断转子磁极N
‑
S极性，二者结合得到转子当前位置。
[0006]由于电流传感器及其信号处理电路包含模拟器件，存在“温漂现象”。环境温度的变化会导致采集到的电流信息与真实电流信息存在偏移误差。成本较低的低精度电流传感器对温漂现象所引起采样误差的抑制和补偿能力较差。而现有技术方案在转子磁极N
‑
S极性判断阶段，电流采样值中的偏移误差会对使主控芯片对高频响应电流的正负对称性产生误判断的可能，导致转子磁极极性判断出错，继而引起转子初始位置定位失败，最终导致启动失败。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种泵用永磁同步电机转子初始
位置定位方法及装置，可有效实现在不增加额外机械传感器的条件下实现永磁同步电机转子初始位置定位。
[0008]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种泵用永磁同步电机转子初始位置定位方法，包括：
[0010]获取永磁同步电机在高频电压信号的注入下的高频电流信号；
[0011]对所述高频电流信号进行第一次信号处理，获取第一高频电流信号；
[0012]对所述第一高频电流信号进行低通滤波、作差运算以及标幺化处理后，获取转子位置观测误差；
[0013]将所述转子位置观测误差输入预先构建的转子位置状态观测器，得到转子位置初步观测值；
[0014]对所述高频电流信号进行第二次信号处理，获取第二高频电流信号；
[0015]在每个注入周期内，将多个第二高频电流信号进行数值运算，得到单周期饱和电流差值；
[0016]连续执行若干个注入周期，得到多个单周期饱和电流差值，对其进行累加运算，得到饱和电流差值多周期累加值；
[0017]通过判断所述饱和电流差值多周期累加值的正负性，得到转子的N
‑
S磁极极性以及极性判断补偿值；
[0018]将转子位置初步观测值与极性判断补偿值相加，得到转子位置观测值，完成对永磁同步电机转子位置定位。
[0019]进一步的，所述获取永磁同步电机在高频电压信号的注入下的高频电流信号，包括：
[0020]向电机旋转观测轴系轴注入高频梯形波电压信号：
[0021][0022]其中，U
inj
为注入电压信号的幅值，T
inj
为高频信号的注入周期，n为注入信号的周期数；
[0023]定义永磁同步电机中θ
e
为真实转子磁极角度；为观测转子磁极角度；转子磁极观测误差角，满足
[0024]将高频电压注入到坐标系下，即
[0025][0026]其中，分别为永磁同步电机观测直轴d轴，观测交轴q轴下注入的高频电压信号；
[0027]d
‑
q坐标系和坐标系下的电压满足如下关系：
[0028][0029]其中
[0030][0031]其中，u
dh
、u
qh
分别为永磁同步电机真实直轴d轴坐标系，真实交轴q轴坐标系下注入的高频电压信号，，T()为坐标变换矩阵；
[0032]永磁同步电机在高频电压激励信号作用下获得高频电流信号满足：
[0033][0034]其中，p为微分算子，i
dh
、i
qh
分别为永磁同步电机d
‑
q坐标系下高频电流信号；L
d
、L
q
分别为永磁同步电机d
‑
q坐标系下电感参数。
[0035]进一步的，对所述高频电流信号进行第一次信号处理，获取第一高频电流信号，包括：
[0036]对所述高频电流信号进行坐标转换，d
m
‑
q
m
坐标系和d
‑
q坐标系下的电流满足如下关系：
[0037][0038]其中，分别为d
m
‑
q
m
坐标系下高频电流信号；
[0039]d
m
‑
q
m
坐标系下包含转子磁极观测误差角的高频电流信号为：
[0040][0041]其中，L0、L1分别为永磁同步电机平均电感参数：L0＝(L
d
+L
q
)/2,L0＝(L
d
‑
L
q
)/2；
[0042]接着对坐标转换后的高频电流信号进行取绝对值处理，获取第一高频电流信号。
[0043]进一步的，对所述第一高频电流信号进行低通滤波、作差运算以及标幺化处理后，获取转子位置观测误差，包括：
[0044]使用一阶低通滤波器对所述第一高频电流信号进行低通滤波处理，提取出高频电流峰值，公式如下：
[0045][0046]其中，k为积分过程产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泵用永磁同步电机转子初始位置定位方法，其特征在于，包括：获取永磁同步电机在高频电压信号的注入下的高频电流信号；对所述高频电流信号进行第一次信号处理，获取第一高频电流信号；对所述第一高频电流信号进行低通滤波、作差运算以及标幺化处理后，获取转子位置观测误差；将所述转子位置观测误差输入预先构建的转子位置状态观测器，得到转子位置初步观测值；对所述高频电流信号进行第二次信号处理，获取第二高频电流信号；在每个注入周期内，将多个第二高频电流信号进行数值运算，得到单周期饱和电流差值；连续执行若干个注入周期，得到多个单周期饱和电流差值，对其进行累加运算，得到饱和电流差值多周期累加值；通过判断所述饱和电流差值多周期累加值的正负性，得到转子的N
‑
S磁极极性以及极性判断补偿值；将转子位置初步观测值与极性判断补偿值相加，得到转子位置观测值，完成对永磁同步电机转子位置定位。2.根据权利要求1所述的泵用永磁同步电机转子初始位置定位方法，其特征在于，所述获取永磁同步电机在高频电压信号的注入下的高频电流信号，包括：向电机旋转观测轴系轴注入高频梯形波电压信号：其中，U
inj
为注入电压信号的幅值，T
inj
为高频信号的注入周期，n为注入信号的周期数；定义永磁同步电机中θ
e
为真实转子磁极角度；为观测转子磁极角度；转子磁极观测误差角，满足将高频电压注入到坐标系下，即其中，分别为永磁同步电机观测直轴d轴，观测交轴q轴下注入的高频电压信号；d
‑
q坐标系和坐标系下的电压满足如下关系：
其中其中，u
dh
、u
qh
分别为永磁同步电机真实直轴d轴坐标系，真实交轴q轴坐标系下注入的高频电压信号，T()为坐标变换矩阵；永磁同步电机在高频电压激励信号作用下获得高频电流信号满足：其中，p为微分算子，i
dh
、i
qh
分别为永磁同步电机d
‑
q坐标系下高频电流信号；L
d
、L
q
分别为永磁同步电机d
‑
q坐标系下电感参数。3.根据权利要求2所述的泵用永磁同步电机转子初始位置定位方法，其特征在于，对所述高频电流信号进行第一次信号处理，获取第一高频电流信号，包括：对所述高频电流信号进行坐标转换，d
m
‑
q
m
坐标系和d
‑
q坐标系下的电流满足如下关系：其中，分别为d
m
‑
q
m
坐标系下高频电流信号；d
m
‑
q
m
坐标系下包含转子磁极观测误差角的高频电流信号为：其中，L0、L1分别为永磁同步电机平均电感参数：L0＝(L
d
+L
q
)/2,L0＝(L
d
‑
L
q
)/2；接着对坐标转换后的高频电流信号进行取绝对值处理，获取第一高频电流信号。4.根据权利要求3所述的泵用永磁同步电机转子初始位置定位方法，其特征在于，对所述第一高频电流信号进行低通滤波、作差运算以及标幺化处理后，获取转子位置观测误差，包括：使用一阶低通滤波器对所述第一高频电流信号进行低通滤波处理，提取出高频电流峰值，公式如下：其中，k为积分过程产生的系数；将所述高频电流峰值进行作差运算，提取到位置误差信号，公式如下：
将所述位置误差信号进行标幺化处理，获取转子位置观测误差，具体过程如下：计算高频电流峰值的平方和，公式如下：当观测位置接近真实值，满足：转子位置观测误差表示为：5.根据权利要求4所述的泵用永磁同步电机转子初始位置定位方法，其特征在于，将所述转子位置观测误差输...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭，杜万亮，刘振，吴昊洋，
申请(专利权)人：江苏汇智高端工程机械创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：